In questo articolo vedremo alcune attività didattiche che riguardano l’astronomia e la geografia terrestre utilizzando lo smartphone.

Dove ti trovi in questo momento? ovvero qual è la tua latitudine e longitudine?

Una risposta a tale domanda non sarebbe stata affatto facile da ottenere in pochi secondi, appena 20 anni fa, ma oggi grazie agli smartphone, possiamo sapere le nostre coordinate utilizzando la funzione di posizionamento satellitare (spesso nota come GPS) del nostro smartphone. In passato la geo-localizzazione avveniva tramite il cielo notturno! E se provassimo ad unire le due cose?

ORIENTARSI CON LE STELLE

Vediamo come orientarci con le stelle e ricavare informazioni sulle coordinate terrestri, che poi verificheremo tramite il GPS del nostro smartphone.

L’attività è adatta a studenti tra i 14 e i 18 anni e collega Storia, Geografia, Astronomia, Matematica.

Determiniamo la nostra latitudine utilizzando il Sole e la stella polare!

Durata massima : 60 minuti!

In questo articolo, descriviamo alcuni dei primi sviluppi nella navigazione basati sulle stelle e mostriamo come queste tecniche tradizionali possono essere riprodotte in classe usando semplici app su uno smartphone. Gli studenti possono quindi utilizzare la funzione GPS sul proprio smartphone per verificare l’accuratezza del proprio lavoro prima di considerare potenziali fonti di errore oppure effettuare direttamente misure con il proprio dispositivo mobile.

 

Figura 1: A: Le “linee di latitudine” sonoparallele all’equatore (E), iniziando da 0 ° all’equatore e raggiungendo il massimo di 90 ° al Polo Nord (N) e -90 ° al Polo Sud.
B: Le “linee di longitudine” vanno da polo a polo (N e S), partendo da 0 ° al Royal Observatory, Greenwich, a Londra, Regno Unito.
Immagine gentilmente concessa da Djexplo; fonte dell’immagine: Wikimedia Commons

Determinare la propria latitudine usando l’altezza del Sole

Quando è mezzogiorno?

Può sembrare una domanda sciocca, ma in realtà, da un punto di vista astronomico, il mezzogiorno si ha quando il Sole attraversa il nostro meridiano o linea di longitudine, in quel momento il Sole raggiunge la massima altezza sull’orizzonte e le ombre hanno la più piccola lunghezza in proiezione.  È in questo momento che la posizione del Sole può essere utilizzata per determinare la tua latitudine o distanza angolare dall’equatore.

Come funziona? Supponiamo di trovarci in uno dei due equinozi (circa il 20 marzo e il 23 settembre di ogni anno) (figura 2).

Figura 2: agli equinozi di marzo e settembre il sole si trova allo zenit all’equatore
Figura 3: agli equinozi, la latitudine può essere calcolata sottraendo l’altezza (in gradi) a mezzogiorno del Sole .
All’equatore, il Sole sarà esattamente  sopra la nostra testa (altitudine = 90 °, latitudine = 0 °).
Ai poli, il Sole si troverà all’orizzonte (altitudine = 0 °, latitudine = 90 °).
A una latitudine di 30 °, l’altezza del Sole sarà 60 °.
Immagine WIkipedia COmmons

 

Determinare la latitudine durante un equinozio è cosa assai semplice, ma come farlo anche negli altri giorni dell’anno?

Figura 4: con un astrolabio marittimo si poteva determinare l’altezza di una stella o del Sole sopra l’orizzonte e così determinare la latitudine del luogo, un metodo che oggi possiamo fare con uno Smartphone!!
fonte immagine:
Wikimedia Commons

 

RIASSUMENDO

Latitudine = 90 ° – altitudine (in gradi)del Sole a mezzogiorno all’equinozio 

Come possiamo usare questa conoscenza nella pratica? Nel XV e all’inizio del XVI secolo, molti navigatori usarono gli astrolabi del marinaio per misurare l’altezza del Sole sull’orizzonte e quindi calcolare la latitudine della loro nave.

L’astrolabio del marinaio era essenzialmente un inclinometro: sospeso nel piano verticale, era puntato su un corpo celeste, ad esempio il Sole (figura 4).

Oggi abbiamo a disposizione gli smartphone e diverse App che misurano l’inclinazione, ve ne suggerisco una che trovo fantastica ed è Theodolite Droid (disponibile per IOS e Android)

A causa dell’inclinazione dell’asse rotazionale terrestre (23,45 °) e del fatto che la Terra orbita intorno al Sole, è solo agli equinozi che il Sole appare direttamente sopra l’equatore. A partire dall’equinozio di marzo, la posizione del Sole a mezzogiorno sembra spostarsi a nord dell’equatore, raggiungendo un angolo massimo di + 23,45 ° al solstizio di giugno, ritornando a 0 ° all’equinozio di settembre, e spostandosi a sud dell’equatore verso raggiungere -23,45 ° al solstizio di dicembre. Questo angolo è noto come la declinazione del Sole (figura 5).

Figura 5: Posizione del Sole durante l’anno. A: All’equinozio di marzo, il Sole si trova direttamente sopra l’equatore (declinazione 0 °); B: al solstizio di giugno, appare direttamente sopra il Tropico del Cancro (declinazione 23,45 °); C: all’equinozio di settembre, la declinazione ritorna a 0 °; e D: al solstizio di dicembre, il Sole si trova direttamente sopra il Tropico del Capricorno (declinazione -23,45 °).
Immagine gentilmente concessa da Nicola Graf

FORMULA GENERALE

Altitudine del Sole a mezzogiorno = 90 ° + declinazione – latitudine 

 

Latitudine = 90 ° – altitudine del Sole a mezzogiorno + declinazione

Come determinare la declinazione di un giorno qualsiasi?
Gli antichi navigatori avevano a disposizione delle tabelle, oggi abbiamo diverse App (qualsiasi App Astrolabio va bene): eccone due ottime
https://itunes.apple.com/us/app/sun-seeker-3d-augmented-reality/id330247123?mt=8
http://www.lighttracapp.com/
Oppure
http://www.marconi-galletti.it/solare/index.php?option=com_content&view=article&id=18&Itemid=21
http://www.ilpaesedellemeridiane.com/simulatori/04noz/08altezzasole.htm

Ogni gruppo di studenti avrà bisogno di:

  • Smartphone con app per inclinometro (Theodolite va benissimo) e app per planetario installata (quest’ultima per calcolare la declinazione del sole a mezzogiorno in quel determinato giorno)
  • Cannuccia
  • Nastro adesivo

Procedura

Attaccare la cannuccia sullo smartphone.
Cercare in rete quando sarà mezzogiorno nella tua località (effemeridi)
Puntare la cannuccia e smartphone verso il sole e registrare la lunghezza dell’ombra, quando l’ombra è al minimo all’ora è mezzogiorno.
Registrare l’inclinazione dello smartphone (altezza del sole) e ripetere la misura da vari smartphone, utilizzando l’App apposita

 

L’App Theodolite Droid si rivela utile per determinare  l’altezza del SOle ma anche per per un controllo della latitudine e della longitudine letta dal GPS.

In una prossima lezione vedremo come utilizzare tale App anche per ottenere misure di altezze e distanze da Terra.

Apparato per misurare l’altezza del Sole, può essere migliorato costruendo un mirino e un treppiede.

Discussione

Quanto è accurato il valore misurato con quello fornito dal GPS?

 

Perchè è così difficile misurare la longitudine invece?

 

La risposta sta nella rotazione terrestre: 360 ° in un giorno o circa 15 ° ogni ora.  COnfrontando l’ora locale con l’ora di riferimento di una località di longitudine nota  è possibile sapere la proprio. Sebbene la cosa appare semplice in linea di principio, fu sono nel 1759 con John Harrison che si costruì un orologio così preciso da essere portato anche su una nave in movimento!!

 

Determinare la tua latitudine usando l’altezza della stella polare

La stella polare è tra l’altro una stella doppia
Per misurare la latitudine di un luogo occorre aspettare il mezzogiorno solare! Di notte invece può essere fatto a qualsiasi ora, basta semplicemente determinare l’altezza sull’orizzonte della Stella Polare. La stella Polare è entro 1 grado l’ungo l’asse di rotazione della Terra e la sua posizione nel cielo cambia di pochissimo. Al Polo Nord la stella polare è esattamente sopra la nostra testa.

L’altezza della stella polare è uguale alla nostra latitudine!

Gli antichi marinai usavano la stella polare per orientarsi!

materiale

  • Smartphone con app per inclinometro e app per planetario installata

Procedura

 

Come puoi trovare la stella polare?

Cerca l’Orsa maggiore e trova le ultime due stelle del carro, procedi lungo la linea da queste individuate e troverai la stella polare!

 

A gruppi di studenti e con l’App inclinometro (esempio Theodolite, che ha già un mirino incorporato) si possono ottenere diverse misure dell’altezza della polare

COnfrontare il valor medio trovato con la latitudine ricavata da GPS

Discussione

 

Quali sono le fonti di errore in questa misura? Una discussione con gli studenti può essere utile, anche per capire fino a che punto influisce l’aver ammesso che la stella polare sia esattamente a NORD!

Astrolabio del marinaio autocostruito

COME TROVARE LA POLARE?

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